Понедельник, 16.12.2019, 08:05 Приветствую Вас Гость

Кафедра тепломасообмінних процесів

Главная | Регистрация | Вход | RSS

Дневник

Главная » 2007 » Май » 12 » КОМПРЕССОРЫ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
КОМПРЕССОРЫ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
15:15

ВВЕДЕНИЕ

Указания содержат четыре раздела.

В первом разделе рассмотрены компрессоры локомотивов и особенности компрессоров холодильных установок.

Во втором разделе дана классификация холодильников, холодильных агентов, способов охлаждения холодильных камер. Рассмотрена схема промышленной парокомпрессионной холодильной установки с её вспомогательными элементами. Пояснены диаграммы Т-s и l g p-h.

В третьем разделе представлено задание на контрольную работу и методика её выполнения.

Четвертый раздел содержит рабочую программу дисциплины “Компрессоры и холодильные установки”, необходимую для подготовки к зачету.

В основу контрольной работы и рабочей программы положены методические указания ВЗИИТА к контрольной работе по дисциплине “Тепловые насосы и холодильные установки”, разработанные доктором технических наук, профессором Е.Т Бартош [10].

В приложениях даны рабочие диаграммы l g р-h для фреона – 12 и фреона – 22. Они необходимы для решения задач контрольной работы.

1. КОМПРЕССОРЫ

Компрессором называют машину для сжатия газов или паров. По конструкции компрессоры могут быть поршневыми, центробежными, осевыми, винтовыми и ротационными.

Ремонтные предприятия железнодорожного транспорта оснащаются двухступенчатыми поршневыми компрессорами с водяным охлаждением и приводом от электродвигателя. Они работают в автоматическом режиме. Когда в резервуаре создается рабочее давление воздуха, электродвигатель компрессора выключается, а при падении давления до некоторого уровня - включается. Сжатый воздух применяется для привода пневматических инструментов, приспособлений и в технологических процессах ремонта. Другую группу составляют локомотивные компрессоры, готовящие сжатый воздух для тормозных систем локомотива и поезда. Компрессоры являются основным агрегатом наиболее распространенных парокомпрессионных холодильных установок.

1.1. Компрессоры локомотивов

На локомотивах устанавливают двухступенчатые поршневые компрессоры с воздушным охлаждением. Компрессоры тепловозов имеют привод от вала дизеля, компрессоры электровозов – от электродвигателя.

Рабочее абсолютное давление воздуха в главных резервуарах тепловоза равно 0,95 МПа (9,5 кгс/см2), резервуарах электровоза – 1 МПа (10 кгс/см).

На тепловозах устанавливают компрессоры КТ6, КТ7 или ПК – 3,5 [11]. Компрессоры КТ6 и КТ7 имеют производительность 5,3 м3 в минуту, ПК-3,5 м3 в минуту. Это значит, что в одну минуту они всасывают из атмосферы 5,3 и 3,5 м3 воздуха.

На рис. 1.1 приведена схема компрессора КТ6. Он имеет три цилиндра: два цилиндра первой ступени сжатия 1 и один цилиндр второй ступени сжатия 2. Атмосферный воздух всасывается в цилиндры первой ступени сжатия через фильтры 3 и после сжатия выталкивается в промежуточный охладитель 4 через патрубки 1 (рис. 1.2). Из полостей 2 горячий воздух по трубкам 3 опускается в нижние коллекторы 4. Затем по трубкам 5 поднимается в полость 6 и через патрубок 7 всасывается в цилиндр второй ступени. Предохранительный клапан 8 отрегулирован на давление открытия 0,45 МПа (4,5 кгс/см2).

Воздухоохладитель и цилиндры компрессора обдуваются вентилятором 5 (рис. 1.1), имеющим клиноременный привод от вала компрессора. В клапанных коробках 6 (крышках цилиндров) каждого цилиндра установлен один всасывающий и один нагнетательный клапаны кольцевой конструкции.

Рис. 1.1. Компрессор КТ6

Рис. 1.2. Охладитель компрессоров КТ6, КТ7 и КТ7Эл

В трубопровод сжатого воздуха включен золотниковый регулятор давления ЗРД. При достижении в главных резервуарах тепловоза давления 0,95 МПа регулятор ЗРД подает сжатый воздух по трубкам 7 (рис. 1.1) в поршеньковые разгрузочные устройства каждой головки цилиндров. Эти устройства открывают и удерживают открытыми всасывающие клапаны, поэтому воздух, всасываемый цилиндрами первой ступени, выталкивается обратно в атмосферу, а цилиндром второй ступени – в охладитель. Подача воздуха в резервуары прекращается. Когда давление упадет до 0,85 МПа ЗРД перекрывает подачу воздуха в трубки 7 и клапаны начинают работать в обычном режиме, давление в резервуарах восстанавливается.

Компрессор имеет масляный насос 8, заборный масляный фильтр 9, маслоуказатель 10 и маслозаливную пробку 11. Сапун 12 сообщает объем картера компрессора с атмосферой для поддержания в картере атмосферного давления.

Компрессор КТ7 устроен также как и компрессор КТ6, но его вал вращается дизелем в другую сторону. Поэтому изменено положение лопастей вентилятора и проведены некоторые перестановки деталей в масляном насосе.

На рис. 1.3 приведен компрессор ПК (Полтавского завода). Через фильтр 1 и всасывающий клапан 2 он всасывает воздух в цилиндр первой ступени сжатия 3.

Рис. 1.3 Компрессор ПК – 3.5

Затем воздух сжимается и через нагнетательный клапан 4 вытесняет в трубки 5 (8 шт) промежуточного охладителя. Вентилятор охлаждения на рисунке не показан. Охлажденный воздух всасывается в цилиндр второй ступени сжатия 6 откуда через патрубок 7 нагнетается в резервуары. При наличии одной пары цилиндров 3 и 6 производительность компрессора равна 1,75 м3 в минуту (ПК-1,75). Поэтому компрессор ПК-3,5 имеет два цилиндра 3, два комплекта трубок 5 и два цилиндра 6.

Для регулирования давления в резервуарах тепловоза компрессор ПК-3,5 имеет на нагнетательном трубопроводе клапан холостого хода. При достижении в резервуарах рабочего давления клапан открывается и направляет воздух в атмосферу. Сжатие воздуха в компрессоре не происходит и в режиме холостого хода он не нагружает дизель.

Компрессоры КТ6 и КТ7 ставятся на тепловозы, дизели которых имеют частоту вращения коленчатого вала 750 или 850, а ПК-3,5 – 1450 оборотов в минуту.

На электровозах устанавливают компрессоры КТ7Эл, Э-500 и ВУ- 3,5/10 с приводом от электродвигателя.

Компрессор КТ7Эл устроен как КТ7, но в его картере установлен подогреватель масла на напряжение 50В и отсутствуют разгрузочные устройства и трубки 7 к ним (рис. 1.1), так как давление регулируется остановкой электродвигателя. Останавливает электродвигатель при давлении 1 МПа и включает его при давлении 0,85 МПа электропневматический регулятор АК-11Б.

Рис.1.4.Компрессор Э-500

Компрессор Э-500 (рис. 1.4) имеет входной вал 1, который сочленяется с электродвигателем клиноременной или упругой муфтами. Шестерня 2 передает вращение через шестерню 3 коленчатому валу. Поршень 4 всасывает воздух в цилиндр первой ступени сжатия 5, из которого выталкивает его в охладитель, представляющий трубу, уложенную на крыше электровоза. Сжатый охлажденный воздух в цилиндре второй ступени сжатия 6, из которого вытесняется в резервуары. Главные резервуары электровоза устанавливают на крыше, тепловоза – под кузовом. Э-500 имеет производительность 1,75 м3 в минуту, поэтому их устанавливают по два.

Компрессор ВУ-3,5/10 (рис. 1.5) также двухступенчатый.

Через фильтр 1 воздух всасывается в цилиндр первой ступени сжатия 2 откуда через патрубок 3 вытесняется в охладитель 4. В охладителе воздух проходит последовательно трубки 5 двумя потоками А и Б. Вентилятор охладителя закрыт кожухом 6, а приводные клиновые ремни кожухом 7. Через патрубок 8 охлажденный воздух всасывается в цилиндр второй ступени сжатия 9, откуда по патрубку 10 через обратный клапан 13 и трубу 11 нагнетается в главные резервуары.

Рис 1.5 Компрессор ВУ – 3,5/10

От резервуаров по трубке 14 сжатый воздух подводится к пневматическому клапану 15. Когда давление в резервуарах достигнет 1 МПа, пневмоклапан 15 сообщает патрубок 16 с атмосферной трубой 17 и компрессор переключается на холостой режим работы.

1.2. Компрессоры холодильных установок

В холодильных установках применяют компрессоры поршневые, центробежные, винтовые и ротационные.

Поршневые компрессоры холодильных установок устроены также как компрессоры воздушные, но имеют специфические особенности. Укажем три из них.

В отличие от воздушных компрессоров, компрессоры холодильных установок работают с парами холодильных агентов. Обычно это пары фреонов или аммиака. Пары легко конденсируются, поэтому в цилиндр компрессора может попасть значительное количество жидкой фазы агента. При этом неизбежны удар поршня в крышку цилиндра через жидкость и авария компрессора. Чтобы этой аварии избежать, крышка цилиндра (рис. 1.6, а), точнее плита 1 нагнетательных клапанов 2, делается подвижной. Она прижата по месту цилиндрической пружиной 3. Это первая особенность холодильных поршневых компрессоров.

Компрессор (рис. 1.6, а) называют непрямоточным, так как пары в его цилиндрах двигаются возвратно-поступательно: вниз при всасывании через всасывающие клапаны 4 и вверх при сжатии и вытеснении через нагнетательные клапаны 2. Прямоточный компрессор показан на схеме рис. 1.6, б. Здесь полый поршень имеет две уплотненные поверхности верхнюю 1 и нижнюю 2. Всасывающие клапаны 3 установлены в днище поршня, а нагнетательные клапаны 4 в подвижной плите 5.

Рис. 1.6. Схема а – непрямоточный компрессор; схема б – прямоточный компрессор

Пары агента подводятся внутрь поршня по трубе 6. Когда поршень двигается вниз в полости 7 цилиндра создается разрежение и через всасывающие клапаны 3 происходит наполнение цилиндра парами. При ходе поршня вверх клапаны 3 закрываются, пары сжимаются. Когда их давление превысит давление в полости 8 открываются нагнетательные клапаны 4 и по трубе 9 сжатие пары вытесняются в конденсатор холодильной установки. Прямоточные компрессоры предназначены для работы на аммиаке, а иногда на фреоне. Прямоточность вторая особенность поршневых холодильных компрессоров.

Рис.1.7.Восьмицилиндровый компрессор

2. ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Холодильные установки – это обширная область специальных знаний, конструкций и способов получения низких температур, от близких к нулю до глубоко отрицательных значений. Эти низкие температуры (холод) создаются в теплоизолированных от окружающей среды объемах (холодильных камерах). Кроме этого назначения, холодильные установки применяются для нагрева воды или воздуха в системах отопления зданий и называются в этом случае тепловыми насосами. Поскольку холодильные установки применяются для охлаждения (понижение потенциала теплоты) и для нагрева (повышения потенциала теплоты) им часто дают общее название – трансформаторы теплоты.

Применяют холодильные установки для сохранения продуктов питания путем их охлаждения или замораживания, для получения жидких газов (кислорода, водорода, азота, гелия и других), находящих применение в различных отраслях, для разделения смеси газов или смеси жидкостей, для проведения производственных химических реакций при низких температурах, для кондинционирования воздуха в административных, общественных и производственных помещениях.

Промышленный холодильник состоит из многоэтажного, реже одноэтажного здания, разделенного на множество холодильных камер, пристроенного одноэтажного машинного зала, автомобильной и железнодорожной погрузочно-разгрузочных платформ.

Холодильники делятся на производственные, базисные, портовые, распределительные, транспортные, торговые и домашние.

Производственные пищевые холодильники строят в местах производства и заготовки продуктов питания: мясокомбинатах, молокозаводах, масложиркомбинатах, птицефабриках, рыболовных предприятиях. Для обеспечения высокой производительности предприятий, такие холодильники оснащаются холодильными машинами большой холодопроизводительности и низкой температурой холодильного агента.

Базисные холодильники создаются для накопления резерва продуктов питания. Они получают предварительно охлажденные или замороженные продукты, поэтому их холодильные машины имеют невысокую холодопроизводительность, с более высокой температурой холодильного агента.

Портовые холодильники служат для временного хранения продуктов при их перегрузке с одного вида транспорта на другой. Они имеют высокий уровень механизации погрузо-разгрузочных работ как вне, так и внутри холодильника.

Распределительные холодильники строятся в местах потребления продуктов. Здесь прием и выдача продуктов происходит непрерывно. Такие холодильники, располагая холодом, имеют специальные цеха для производства мороженого, водного льда, твердой углекислоты, фасовки продуктов: масла, мяса и других.

Транспортные холодильники служат для сохранения продуктов при их перевозках. Это железнодорожный, водный, авиационный и автомобильный холодильный транспорт.

Торговые холодильники служат для временного хранения продукции в местах её реализации: торговые базы, магазины, рынки, столовые, рестораны.

Домашние холодильники являются последним элементом этой холодильной цепи. На дверцах домашних холодильников нанесены звездочки * : одна звездочка обозначает, что в морозильном отделении этого холодильника достигается температура минус 6 0С, две – минус 12 0С, три – минус 18 0С.

По величине условной емкости промышленные холодильники делят на малые – до 500 т, средние – до 5000 т и крупные – свыше 5000 т. Условная емкость – это емкость холодильника при загрузке мясными тушами.

Способы получения холода делятся на машинные и безмашинные. Машинным способ называется потому, что основными элементами холодильной установки в этом случая являются две энергетические машины: компрессор и электродвигатель. К машинным относятся парокомпрессионные и воздушные холодильные установки и вихревые трубы. К безмашинным способам охлаждения относятся: абсорбционный, льдосоляной, сухоледный, жидкостный, пароэжекторный, термоэлектрический.

По способу охлаждения холодильных камер с продукцией различают: непосредственное бесконтактное охлаждение, рассольное охлаждение, контактное охлаждение и воздушное охлаждение. При непосредственном бесконтактном охлаждении в охлаждающие батареи холодильных камер поступает жидкий холодильный агент.

При рассольном охлаждении через охлаждающие батареи холодильных камер циркулирует холодный водо-соляной раствор (рассол). При контактном охлаждении холодильная камера орошается жидким холодильным агентом. При воздушном охлаждении в холодильную камеру вентилятор подает предварительно охлажденный воздух.

2.1. Холодильные агенты

Холодильные агенты (рабочие тела холодильных установок) при атмосферных условиях являются газами. Однако при их сжатии компрессором и последующем охлаждении атмосферным воздухом или водой они легко конденсируются (сжижаются). С другой стороны, при понижении давления над полученным жидким агентом температура его кипения понижается до отрицательных значений. Наиболее распространенные холодильные агенты

Нормальной называют температуру кипения при нормальном физическом давлении, равном 760 мм.рт.ст или 0,1013 МПа.

Фреоны – это хлор-фтор содержащие углеводороды синтезируемые искусственно. Их обозначают Ф-12, Ф-22 или R12, R22. Фреон – 12 (хладон) применяют в малых холодильных установках: транспортных, торговых, домашних. Фреон–22 применяют в установках быстрого замораживания. Например, в домашних морозильных камерах и промышленных установках. Аммиак применяют в стационарных промышленных холодильных установках. Этилен и пропан применяют в научных установках и низкотемпературных производственных установках. В табл. 2.2 показана зависимость температуры кипения tкип или t0 пропана и этилена от абсолютного давления рабс.


Рис.2.1.Зависимость температур конденсации и кипения Ф-12 и NH3 от давления Зависимости температурыкипения от давления для Ф-12 и аммиака показаны на рис. 2.1. Известно, что при данном давлении температуры кипения жидкости и конденсации её паров одинаковы. Однако удобнее полуось положительных температур обозначить tконд (tк), а полуось отрицательных температур tкип (t0). Из приведенных графиков легко понять идею рабочего процесса компрессионной установки, дав ответ на два вопроса.

Вопрос 1. До какого давления следует сжать пары Ф –12 и NH3, чтобы при охлаждении их водой или воздухом до +30 0С вызвать конденсацию?

Ответ: рФ-12 = 0,76 МПа, рNH3 = 1,19 МПа (7,6 и 11,9 кгс/см2).

Вопрос 2. До какой величины следует понизить давление над полученными в вопросе 1 жидкими Ф-12 и NH3, чтобы они кипели при минус 20 0С? Как видно из рис. 2.1 Ф-12 кипит при отрицательной температуре, если давление менее 0,31 МПа, а NH3 , если менее 0,43 МПа.

Ответ: pф-12 = 0,15 МПа, pNHЗ = 0,19 МПа.

В верхних слоях атмосферы формируется озоновый слой, который поглощает жесткое ультрофиолетовое излучение солнца, чем защищает флору и фауну Земли от поражения. Фреоны содержащие фтор и хлор, обладают каталическим действием и активно разрушают этот слой. Поэтому Монреальским протоколом 1987 года предусмотрено последовательное запрещение фреонов, начиная с наиболее распространенного R 12. В качестве заменителя рекомендуется не содержащий фтор и хлор новый агент R 134а. Однако при замене R 12 на R 143а необходима замена компрессорного масла на новое масло с тщательной промывкой масляной системы, что снижает темпы перехода на R 134а. Поэтому временно разрешается переводить холодильные установки с R12 на временные агенты R 407С, С10М1 и другие. Они представляют смесь существующих фреонов, но без более летучего R 12.

2.2. Парокомпрессионные установки

Рис.2.2.Непосредственное охлаждение
Ранее упоминалось о машинных парокомпрессионных установках непосредственного охлаждения. Это обычно фреоновые установки. Элементарная схема такого охлаждения показана на рис. 2.2. Компрессор 1 сжимает пары фреона от ро до рк и нагнетает в конденсатор 2, затрачивая работу l , Дж/кг. В конденсаторе 1 кг горячих от сжатия паров фреона отдает воде теплоту q1 = l + q0, Дж/кг и конденсируется. Конденсат накапливается в линейном ресивере 3, из которого направляется к регулирующему вентилю 4 через регенеративный теплообменник (переохладитель) 5. Вентиль 4 открыт незначительно, поэтому давление за ним падает от давления в конденсаторе рк до давления ро в охлаждающей батарее 6 холодильной камеры 7.

Отбирая теплоту qо кДж/кг, у воздуха холодильной камеры фреон кипит при отрицательной температуре tо и испаряется. Пары с tо отсасываются в компрессор через переохладитель 5 (регенеративный теплообменник), где охлаждают жидкий фреон, идущий из ресивера в батарею, а сами перегреваются. Открывая на разную величину вентиль 4, задают разное давление фреона в батарее, разную температуру его кипения и разную температуру в холодильной камере.

Процесс изменения давления от рк до ро, путем изменения проходного сечения вентиля 4, называют дросселированием. При дросселировании количество теплоты у агента не меняется, что обозначают h = const (в старой литературе i = const).

Рис. 2.3. Рассольное охлаждение
На рис. 2.3 приведена схема рассольного охлаждения аммиачной установки. От схемы непосредственного бесконтактного охлаждения (рис. 2.2) эта схема отличается наличием водяного охладителя 1, испарителя 3, труб 4 и насоса 5. После регулирующего вентиля 2 жидкий аммиак с давлением р0 наполняет объем испарителя 3, в котором установлены трубы 4. Насос 5 прокачивает через эти трубы рассол, температура которого несколько выше температуры кипения аммиака t0 в испарителе. Аммиак отбирает теплоту у рассола в результате чего кипит и испаряется. Пары откачиваются компрессором.

Охлажденный рассол течет в охлаждающей батарее 6 холодильной камеры 7, где отбирает у воздуха теплоту qо, Дж/кг, и несет её в испаритель 3.

Рассол представляет водный раствор NaСl с температурой замерзания минус 22 0С. Меньшее коррозийное действие на трубы оказывает водный раствор хлористого кальция СаСl 2 с температурой замерзания минус 55 0С. Может применяться антифриз – водный раствор этиленгликоля.

При непосредственном и рассольном охлаждениях воздух холодильной камеры омывает поверхность охлаждающей батареи при естественной циркуляции. Воздушное охлаждение отличается наличием в холодильной камере (грузовом объеме) вентиляторов. Они прокачивают воздух камеры через охлаждающую батарею с развитой наружной поверхностью. Повышение скорости воздуха увеличивает интенсивность теплопередачи от воздуха к кипящему агенту и теплоотдачи от груза к воздуху.

Просмотров: 27099 | Добавил: Ghost
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
реклама
Форма входа
Логин:
Пароль:
МЕНЮ
Поиск
Календарь
«  Май 2007  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031
Архив записей
Калькулятор


Google

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0